Mestre Maria Luísa Teixeira de Almeida - NUCLIO Universidade da Madeira, Abril 2009 GTTP - Galileo...

Mestre Maria Luísa Teixeira de Almeida - NUCLIO

Universidade da Madeira, Abril 2009

GTTP - Galileo Teacher Training Program

Workshop de Astronomia e InstrumentaçãoParte III

U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP 2

OBJECTIVOS

O Galileo Teacher Training Program (GTTP) é um projecto internacional considerado um projecto chave pela Comissão Internacional do Ano Internacional da Astronomia 2009:

http://www.astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/galileoteachertraning/

Durante 2009, as acções de formação para professores, promovidas pela Comissão Nacional do Ano Internacional da Astronomia 2009, incluem um dia dedicado ao GTTP, dando a Portugal a oportunidade de experimentar alguns dos recursos que serão promovidos internacionalmente pelo GTTP em 2010.

O GGTP baseia-se principalmente em recursos tecnológicos acessíveis às escolas de forma a poder trazer à escola a Astronomia Moderna.


PROGRAMA

1. Observação com telescópios remotos

2. Planeamento de observações

3. Tratamento de imagens

4. Projectos/Actividades para a sala de aula


1.1 - Observação com telescópios remotos - Introdução

OBJECTIVOS

Hoje em dia, é possível ter acesso a telescópios devidamente equipados com CCDs e rodas de filtros, utilizando um simples browser e uma ligação à internet.

Esta forma de aceder a telescópios permite que os alunos possam obter, eles mesmos, excelentes imagens astronómicas.

As observações astronómicas são, por si só, uma actividade pertinente para levar a cabo na sala de aula, tanto no 3º ciclo do ensino básico como no ensino secundário.

O uso deste recurso pode tornar-se ainda mais interessante se o contextoalizarmos num projecto - ver sugestões em Projectos.

VANTAGENS

A utilização de telescópios remotos permite que alunos de escolas sem equipamento astronómico realizem verdadeiras observações astronómicas.

Para a realização das observações não se torna necessário tirar os alunos da sala de aula e da escola.

Escolhendo um telescópio numa região com uma diferença horária significativa, pode-se observar de dia em Portugal o céu nocturno da região onde está localizado o telescópio - fazem-se observações do céu nocturno durante o dia!


1.2 - INO - Ironwood North Observatory

INO - Ironwood North Observatory

Um dos telescópios que aconselhamos os professores a experimentar é o Ironwood North Observatory, mais conhecido por INO.

O INO é um telescópio particular, localizado nos Estados Unidos da América, no estado do Arizona, perto de Phoenix.

O dono, Frank Pino, estabeleceu inicialmente um acordo com o projecto Hands-On Universe (HOU) dos EUA, que permite escolas norte-americanas utilizarem o telescópio a partir da meia-noite. Mais tarde, estendeu a utilização do telescópio a escolas do European Hands-On Universe (EU-HOU) - em Portugal, o NUCLIO-Núcleo Interactivo de Astronomia (responsável pelo Pt-HOU) coordena as observações remotas com o telescópio INO em escolas portuguesas.


1.2.1 Características dos telescópios INO

Localização do INO: N 33° 12' 00" W 111° 39' 00"Neste momento o INO já é constituído por dois telescópios:INO-1

Telescópio: LX200 operado pelo software ACPDiâmetro: 25.4 cmDistância Focal: 160,91 cm (f/6.3)Dimensão do CCD: 512 x 512 pix Escala: Horiz: 2,56“/pix ; Vert: 2,56“/pixCampo de visão (FOV): 21,85’ x 21,85’Filtros: Vermelho, Verde, Azul, Luminância

INO-2Telescópio: operado pelo software ACPDiâmetro: 41,5 cmDistância Focal: 406,4 cm (f/9.8)Dimensão do CCD: 1024 x 682 pix Escala: Horiz: 1,46”/pix ; Vert: 1,46”/pixCampo de visão (FOV): 24,97’ x 16,63’Filtros: Vermelho, Verde, Azul, Luminância + 4 filtros


1.2.2 Como reservar o INO

Para reservar o INO consulte o calendário das sessões disponíveis em cada mês emhttp://www.pl.euhou.net/index.php?option=com_content&task=view&id=62&Itemid=156O calendário está no site polaco do European Hands-On Universe - procure na página indicada, mais abaixo, o calendário para o mês seguinte.

Atenção:

• as horas das sessões estão na hora da Polónia - em Portugal continental e Madeira, retire uma hora; nos Açores, retire 2 horas;

• as datas referem-se à noite de transição de um dia para outro e por isso aparecem duas datas; por exemplo, se na data aparece 3/4 quer dizer que é a noite do dia 3 para 4 no Arizona; para a Europa, o que nos interessa é a segunda data, pois as observações são realizadas em Portugal na manhã da segunda data - no exemplo, a noite de 3 para 4 de Abril no Arizona corresponde, em Portugal, à manhã do dia 4.

Depois de escolherem uma sessão que vos interesse, enviem um email para [email protected] da sessão de observação devem preparar-se fazendo o planeamento das observações e treinando com o simulador do telescópio.


1.2.3 Simulador INO

O software que controla os telescópios INO chama-se ACP. É um software bastante comum em telescópios operados remotamente.Pode treinar operar um telescópio remoto com ACP usando um simulador.Peça uma senha emhttp://shareyoursky.com/demo-signup.aspQuando receber a senha pelo email, entre no simuladorhttp://simulator.my-sky.com/ Este simulador chama-se Red Mountain Simulated Observatory; atenção que é apenas um SIMULADOR e por isso não vai obter imagens verdadeiras. O que é importante é familiarizar-se com os menus e comandos deste software.Deve ter atenção a:• System Status que indica o que se está a passar;• Observing / Single Object Imaging, com as opções de Single Image e Color Series - são os comandos de observação;• My documents / Acquired Images que é onde vão buscar as imagens obtidas;• Observatory Info que é onde se pode ir buscar informação sobre o observatório.


1.2.3 Simulador - System Status

Deve ter atenção ao System Status que é onde tem a informação sobre o que se está a passar com o telescópio:No menu do Observatory é importante olhar para a informação sobre

• as horas (UTC - hora universal, LST - hora sideral local)• Owner - este indica se somos nós que estamos a usar o telescópio ou não; se

disser Free, podemos usar o telescópio e quando começarmos a observar, passará a dizer o nosso nome. Também é aqui que

temos de clicar para libertar o telescópio quando a nossa sessão acabar.

Os menus Telescope, Imager eActivity vão indicando o que seestá a passar quando as observa-ções começarem.


1.2.3 Simulador - Single Object Imaging

No menu Observing, há dois comandos que nos interessam: o Single Image e o Color Series.

O comando Single Image serve para obter uma imagem de um objecto através de um único filtro. Clique no comando Single Image:

No Target Name, experimente pôr um número de catálogo, por exemplo, do catálogo de Messier: M 1. A seguir clique em Get Coordinates e veja se os campos das coordenadas (RA - ascensão recta e DEC - declinação) aparecem preenchidos - se o objecto está observável naquela altura, as coordenadas aparecem automaticamente; se não, aparece uma mensagem em baixo a dizer que não está observável. Veja os exemplos da página seguinte.


1.2.3 Simulador - Single Image

M 1 observável: as coordenadas aparecempreenchidas e uma nota em baixo indicaa altura e azimute de M 1

M 101 não observável: as coordenadas nãosão preenchidas e aparece uma nota em baixoa avisar que não está observável.


1.2.3 Simulador - Single Image

Depois de ter as coordenadas do objecto, preencha o tempo de exposição e escolha o filtro.Normalmente, é aconselhável obter sempre uma imagem de curta exposição, no filtro Clear, de qualquer objecto que se queira observar. Esta primeira observação com o Single Image serve para ter a certeza que é o objecto que se quer observar e que não há nenhum objecto demasiado luminoso no campo de visão do telescópio. Nestas circunstâncias, é adequado um tempo de exposição de cerca de 10-15 s no filtro Clear:

Para começar a observação, clique em Acquire Image.


1.2.3 Simulador - Observing

Depois de clicar em Acquire Image, deve supervisionar a observação no System Status:Reparar que o menu do Telescope começa por dizer que está Slewing (movendo-se) até ficar a apontar para o objecto; depois passa a dizer Sideral Track (está a seguir o movimento da Terra); estando a apontar para o objecto, a câmara começa a exposição e o menu Imager indica o tempo de exposição e o filtro. Quando acabar o tempo de exposição, no menu Activity vai aparecer a imagem obtida.

Nota - no simulador, não aparece nenhuma imagem real do objecto escolhido!


1.2.3 Simulador - Color Series

Geralmente, queremos fazer uma imagem de cor de um objecto e para isso precisamos de obter imagens em filtros diferentes. Depois de fazer uma primeira imagem com o Single Image e confirmarmos que temos o nosso objecto, passamos à opção Color Series: nesta opção podemos

obter uma sucessão de imagens em filtros diferentes com um único comando:

Neste exemplo, vamos obter uma imagem com o filtro vermelho de 240 s, seguida de uma imagem com o filtro verde de 240 s, e ainda uma imagem com o filtro azul de 240 s. Depois de preencher, é clicar em Acquire Image.


1.2.3 Simulador - Color Series

No seguinte exemplo, obtemos duas imagens de 180 s cada, nos filtros Clear, Vermelho, Verde e Azul.

Depois de clicar no Acquire Image, supervisione a observação no System Status. Veja como as imagens nos diferentes filtros se vão sucedendo.


1.2.3 Simulador - Acquired Images

Ao completar uma observação, o telescópio grava a imagem num ficheiro e guarda-o no servidor. Para ir buscar temos de escolher o menu My Documents e a opção Acquired Images:Aparece uma pasta por cada dia que usou o telescópio; clique em Explore para ver a lista de imagens obtidas num dia; clique no nome do ficheiro para fazer o download da imagem para o seu computador.

Nota: as imagens do simulador não têm nada - são lixo!

O formato das imagens é FITS - é preciso software específico para abrir as imagens (SalsaJ)


1.2.3 Simulador - Observatory Info

No menu do Observatory Info pode encontrar informação útil sobreo telescópio (Instruments & Equipment) e sua localização (Location).Claro que neste simulador a informação não é pertinente, pois nãose trata do telescópio que irão usar. Mas uma vez que utilizem o INO,por exemplo, devem vir a este menu procurar informação detalhadasobre o telescópio e respectivo equipamento.

Depois de terminarem as observações e terem ido buscar as imagens obtidas,não se devem esquecer de libertar o telescópio, clicando em Owner:


1.3 Faulkes Telescope

Outros telescópios que incentivamos os professores a usar são os Telescópio Faulkes:http://www.faulkes-telescope.comTrata-se de dois telescópios de 2 m cada, um no Havai e outro na Austrália.Os Telescópios Faulkes são apropriados para projectos de investigação, sendo aconselhável o seu uso com objectivos bem determinados. Podem experimentar o simulador em http://rti.faulkes-telescope.com/control/Login.isaentrando com School ID: simulator e Passwd: simulator


2. Planeamento de uma sessão de observação

Antes de realizar uma noite de observações, é necessário planear que objectos queremos observar. Para escolhermos os alvos das nossas observações, temos de

1. saber que objectos estão visíveis no local onde está o telescópio, na data e hora da sessão de observação;

2. saber as características dos objectos para saber se são adequados a serem observados com o nosso telescópio e equipamento associado ao telescópio.

O primeiro ponto pode ser solucionado usando um software que simule a noite de observação a partir do local onde se encontra o telescópio, como por exemplo o Stellarium.

Quanto ao segundo ponto, há sites na internet que nos dão informação fidedigna sobre os objectos astronómicos. Um exemplo desses sites é o www.seds.org


2.1 Instalar o Stellarium

O Stellarium é um programa grátis que se pode ir buscar em http://www.stellarium.orgBasta escolher o sistema operativo do vosso computador (provavelmente Windows)

Depois de fazer o download é só clicar no Setup e seguir as instruções para instalar no vosso computador.


2.2 Configurar o Stellarium

Abra o Stellarium e coloque o cursor no canto inferior esquerdo de forma a que apareçam os menus da esquerda e de baixo,como mostra a figura:

Local

Data e hora

Aparência do céuPesquisa

Configuração

Ajuda

Constelações Grelha

VisualizaçãoNomes

Outras opções Passagem do

tempo



Localização - serve para escolher o local a partir de onde quer ver o céu. Pode escolher o local da lista apresentada, ou escrever o nome na pesquisa, ou clicar no mapa, ou introduzir a latitude e longitude do local. Quando terminar a escolha, feche a janela da opção Localização

Data e hora - utilize as setas para pôr a data e a hora que quiser



Visualização - há várias opções para visualizar o céu, as constelações, a paisagem.

Opções para mostrar os planetas e luas

Nº de estrelas, nebulosas (inclui galáxias) e planetas: quantomais para a direita estiverem as barras, maior o nº de objectose respectivos nomes que aparecem no céu.

Opções para mostrar as linhas das constelações,os nomes das constelações, as fronteiras e osdesenhos em que se baseiam as constelações.Atenção que depende da opção escolhida em Starlore



Pesquisa - pode procurar um objecto pelo nome vulgar ou pelo nome de catálogo; o programa encontra o objecto.

Configuração - no menu Main pode escolher a língua

Ajuda - lista de teclas que pode usar para controlaro Stellarium


Coloque o cursorna parte inferiorda janela doStellarium de formaa aparecer o menuinferior


Pôr/tirar nomes das constelaçõesPôr/tirar as linhas das constelações

Pôr/tirar os desenhos artísticos das constelações

Pôr/tirar grelhas equatorialPôr/tirar grelhas azimutal

Pôr/tirar chão

Pôr/tirar pontos cardeaisPôr/tirar atmosfera

Indica a localizaçãoIndica o campo de visão Indica a data e hora

Pôr/tirar nomes das nebulosas (inclui galáxias)Pôr/tirar nomes dos planetas

Centrar no objecto seleccionadoModo nocturno (vermelho)

Pôr/tirar modo écran totalTerminar Stellarium

Pôr hora actual(do computador)

Diminuir/Aumentarvelocidade do tempo a passar


2.3 Usar o Stellarium e o SEDS

Comece por experimentar as diferentes configurações possíveis e explore as potencialidades deste programa. Quando estiver à vontade com o Stellarium, pode planear uma sessão de observação.Comece por mudar o local, a data e a hora de acordo com o telescópio que vai usar e a marcação da sessão de observação.Altere a Visualização do Céu de forma a que os nomes das “nebulosas” apareçam em número suficiente - para as primeiras sessões de observação, concentre-se no catálogo de Messier, pois é uma fonte de bons objectos para serem observados com um telescópio do tipo INO.Descubra objectos com nome começado por M seguido de um número - são os objectos do catálogo de Messier. Por exemplo M 1, M 27, M 101, etc (só alguns serão visíveis para o local e data escolhidos.)Depois de descobrir objectos do catálogo de Messier, deve procurar informação sobre eles. Aconselhamos o site do SEDS (Students for the Exploration and Development of Space).Procure a descrição do objecto - se é um enxame aberto, uma galáxia, um remanescente de supernova, um enxame globular, etc…Procure as dimensões do objecto (por exemplo, o telescópio INO tem um campo de visão de 22’x22’ por isso procuramos objectos com dimensões que fiquem bem neste CCD)Procure o brilho aparente do objecto, para ter uma ideia do tempo de exposição das imagens.


2.4 O site SEDS

Encontra o site SEDS em http://www.seds.orgO catálogo de Messier está em http://www.seds.org/messier/ e pode listar por nome ou por icons

Clique no objecto para o qual quer informação. Por exemplo, M 1. Aparece um texto descritivo, uma imagem do objecto e um quadro com informação:

Nome de catálogo de Messier

Tipo de objecto

Em que constelação se encontra

Nome vulgar

Nome de catálogo NGC

Coordenadas equatoriais(ascensão recta e declinação

Distância (emanos-luz)Brilho no visível

Tamanho angular aparente


2.4 O site SEDS

Para objectos que não pertencem ao catálogo de Messier, pode procurar informação através no número de catálogo NGC em: http://www.seds.org/~spider/ngc/ngc.cgi?1

É mais difícil encontrar objectos adequados aserem observados pelo INO neste catálogo;os objectos têm brilhos variados, muitos delesbastante fracos; os tamanhos aparentes tambémsão muitas vezes pequenos (como neste exemplo)

Introduza o nº NGC aqui


2.5 Stellarium e SEDS

Introduzimos o Stellarium e o SEDS como ferramentas para a planificação de uma sessão de observação. Contudo, qualquer uma das ferramentas pode ser usada na sala de aula como parte de um projecto autónomo.

Sugestões de uso do Stellarium na sala de aula:• pôr os alunos a descobrir o zoodíaco;• pôr os alunos a descobrir o seu “verdadeiro signo”;• pôr os alunos a descobrir o local e hora onde nasce a lua em dias consecutivos;• pôr os alunos a descobrir trânsitos e eclipses.

Sugestões de uso do SEDS na sala de aula:• pôr os alunos a descobrir diferentes tipos de objectos no céu; • pôr os alunos a caracterizar e ilustrar os diferentes tipos de objectos do céu;• pôr os alunos a procurar as imagens mais espectaculares dos objectos do catálogo de Messier;• pôr os alunos a listar a ordem cronológica da descoberta dos obejctos do catálogo de Messier.


3. Tratamento de imagens astronómicas - SalsaJ

As imagens obtidas nos telescópios são guardadas em ficheiros do tipo FITS (Flexible Image Transport System), formato esse que necessita de software especial para ser lido.Uma característica deste formato FITS é que cada ficheiro tem duas partes:

• um cabeçalho, onde está escrita informação importante sobre a obtenção da imagem (o telescópio, a data de observação, as coordenadas equatoriais do objecto observado, o tempo de exposição da imagem, o tipo de CCD, a calibração da imagem, etc);

• a imagem propriamente dita.

O SalsaJ é um programa que lê imagens FITS e tem a capacidade de manuseá-las, principalmente do ponto de vista astronómico. Este software foi desenvolvido no âmbito do projecto European Hands-On Universe (EU-HOU) partindo de um software de tratamento de imagens de Biologia, o ImageJ, e adaptando-o à Astronomia.O SalsaJ está ainda em desenvolvimento e todo o feedback de professores e alunos é sempre bem-vindo: [email protected]


3.1 SalsaJ - Instalar

O SalsaJ é um software grátis que pode ser descarregado em :http://www.euhou.net/index.php?

option=com_content&task=view&id=8&Itemid=10Pode escolher a versão que mais lhe convém, tendo em conta o sistema operativo do seu PC. Para Windows:

se já tem o Java, faça o download desta versão e corra o setup.exe; o SalsaJ passará a ser um dos programas instalados no seu PC;

ou pode fazer o download desta versão; extraia a pasta SalsaJ e procure o ficheiro salsaj.jar (é um ficheiro do tipo jar executável); clique duas vezes nesse ficheiro para iniciar o SalsaJ.


3.1 SalsaJ - Introdução

No âmbito do projecto EU-HOU o SalsaJ foi desenvolvido com uma interface multilíngue - o software abre a versão na mesma língua que o computador. Para alterar a língua do SalsaJ, mude a língua do seu computador, usando as Opções -> Idiomas -> e escolhendo a língua pretendida. Nesta altura, aconselhamos a usar a versão inglesa, pois há alguns bugs na versão portuguesa que transtornam o seu uso.


3.1 SalsaJ - O que é uma imagem?

Um CCD é constituído por uma grelha de pequenos circuitos eléctricos a que chamamos píxeis. Um fotão incidente num píxel cria uma corrente eléctrica que pode ser medida. Se o CCD estiver exposto durante um certo tempo, o registo da corrente eléctrica criada em cada píxel dá-nos um número proporcional ao número de fotões que incidiram nesse píxel.

A cada píxel do CCD vai corresponder um píxel na imagem. A imagem que se cria com um CCD consiste na informação de cada píxel: coordenada x, coordenada y e um valor de intensidade correspondente à medição da luz que incidiu no píxel. Podemos representar esta informação numa matriz:

Esta informação pode ser visualizada recorrendo a umsoftware que faça uma correspondência entre intensidadede luz do píxel e nível de cinzento:

1030 540 30213 3300023400 2545 30200 24378

389 50198 567 9038

33987 51900 600 10985


3.1 SalsaJ - Paleta

A mesma imagem, i.e., a mesma matriz de informação de intensidade de luz por píxel, pode ser visualizada de diferentes formas.Por exemplo,

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